Descripción

El 14 de mayo de 2009, a las 10 horas y 12 minutos, hora local, los motores del Aria ne 5 se encendieron y el cohete inició su ascenso hacia el espacio desde la base de la Agencia Espacial Europea (ESA) en la Guayana Francesa. En dos minutos y medio alcanzó los 70 km de altura y, en ese momento, se separaron los dos motores auxiliares de combustible sólido. La línea que dibujaba la enorme humareda que iba dejando el cohete se quebró un poco entre las nubes. En ese instante la velocidad era de 2 km/s, casi seis veces la velocidad del sonido, y el cohete seguía: propulsado por su motor principal. Este utilizaba hidrógeno y oxígeno, almacenados en los tanques en forma líquida a baja temperatura. La combustión del hidrógeno proporcionaba la energía impulsora.

Casi toda la masa inicial del ingenio era combustible y cuando, finalmente, se alcanzó la altura deseada, solo quedaba en torno a un 1 % de aquella. El Ariane 5 llevaba a bordo dos artefactos espaciales, llamados Planck y H erschel. Este último es un telescopio de infrarrojos de 3,50 m de diámetro. Planck es un satélite que reúne diversos instrumentos dedicados al estudio de la radiación de fondo de microondas. Todo el universo está bañado por una radiación electromagnética que fue emitida en una época lejana, cuando aún no existían las estrellas y todo el espacio estaba lleno de una sopa de partículas y radiación, tan intensa esta que los átomos no podían formarse sin que fueran inmediatamente destruidos por ella. La radiación y la materia estaban entonces en equilibrio térmico, a una misma y definida temperatura. Al expandirse y enfriarse el universo la radiación dejó de ser lo suficientemente energética corno para romper los átomos, y así empezaron a formarse los primeros elementos. La radiación empezó entonces a vagar por el universo libremente, sin interaccionar con la materia.

Esa radiación la percibirnos hoy en día como una señal de microondas que viene de todas partes con la misma intensidad. El destino final del satélite Planck era el segundo punto de Lagrange del sistema Sol-Tierra, a un millón y medio de kilómetros de nuestro planeta (por comparación, recuérdese que la distancia entre la Tierra y la Luna es de 380000 km). Cuando un cuerpo se sitúa en un punto de Lagrange la atracción gravitatoria de los dos cuerpos en tomo a los que gravita es tal que las posiciones relativas de los tres cuerpos permanecen siempre igual. En el caso de Planck, alcanzado ese punto, el satélite mantiene siempre la misma posición relativa respecto del Sol y la Tierra. Desde esa situación privilegiada, Planck puede medir continuamente la radiación de fondo de microondas. La radiación de fondo de microondas es una radiación térmica, similar a la que emiten los cuerpos calientes.

Max Planck estudió las características de la radiación térmica durante gran parte de su vida, en concreto, la que conocemos como radiación de cuerpo negro. En el año 1900, varios físicos experimentales habían medido con precisión cómo cambia la intensidad de la radiación de un cuerpo caliente en función de su temperatura y de la longitud de onda. Uno de ellos, Heinrich Rubens, comunicó personalmente a Planck el 7 de octubre que las últimas medidas se desviaban de las fórmulas previamente propuestas. Probablemente ese mismo día, Planck encontró una fórmula matemática que se ajustaba perfectamente a los resultados experimentales. Esta fórmula, conocida como ley de Planck, ha resistido todas las pruebas experimentales realizadas desde entonces.

La radiación de fondo de microondas se ajusta a ella con precisión. El hallazgo de Planck fue una mezcla de disposición de los datos adecuados, sabiduría, capacidad e inspiración: dispuso de los datos antes que nadie porque los físicos más avanzados de la época trabajaban en su entorno, sabiduría, porque conocía a fondo el problema y los avances teóricos más recientes que había sobre él, capacidad, porque tenía una sólida formación matemática, e inspiración porque cuando escribió su fórmula en un papel por primera vez no lo hizo mediante una demostración rigurosa, como consecuencia inevitable de primeros principios, sino para ver si modificando un poco una ley previa podía reproducir los experimentos. Fue, por tanto, un descubrimiento empírico. Desde el mismo momento en que Max Planck obtuvo su fórmula, se centró en la tarea de darle un sentido físico, de encontrar una deducción de ella a partir de primeros principios. Utilizó para ello la física más puntera de su tiempo: la electrodinámica de Maxwell y Hertz, por un lado, y el segundo principio de la termodinámica y el concepto de entropía, por el otro.

También hizo uso de la interpretación probabilística que de esta última había propuesto unos años antes el austríaco Ludwig Boltzmann. De forma un tanto inadvertida, y ese fue a la larga el paso más trascendente, introdujo por último una hipótesis que se bautizó como hipótesis cuántica. Según esa hipótesis, la energía mecánica de un oscilador (por ejemplo, un cuerpo unido a un muelle) no puede tener un valor cualquiera, sino que está restringida a múltiplos de una cantidad elemental: el cuanto. Un cuanto de energía E es proporcional a la frecuencia v con la que vibra el oscilador: E=hv. La constante h que determina la proporcionalidad entre la energía y la frecuencia es conocida como constante de Planck. Según parece, la letra h fue escogida por Planck como símbolo de la palabra alemana hilfen, que significa «ayuda». Las consecuencias de la hipótesis cuántica tardaron un cuarto de siglo en aflorar plenamente.

Para Planck, en un principio, era una hipótesis ad hoc sin un significado especial. Sin embargo, varios físicos de principios del siglo xx pusieron de manifiesto que, en realidad, la hipótesis no era conforme a la física clásica. Albert Einstein, en un hermoso y trascendental artículo escrito en 1905, dio a la hipótesis cuántica un significado más profundo que el que había sugerido Planck: la luz se absorbe y se enúte no de forma continua, sino en paquetes discretos de energía, de valor hv. Si la forma en que Planck había introducido su hipótesis era ajena a la física clásica, la interpretación de Einstein estaba en abierta contradicción con ella. En el siglo XIX se había establecido sin lugar a dudas que la luz era una onda. La sugerencia de Einstein implicaba que, en determinados procesos, la luz tenía un comportamiento corpuscular. Los experimentos del físico americano Robert Millikan sobre el efecto fotoeléctrico culnúnaron en 1915 con la corroboración, punto por punto, de las predicciones que Einstein hacía en su artículo de 1905.

Hay que resaltar que cuando Millikan inició sus experimentos sobre el efecto fotoeléctrico lo hizo con la intención expresa de rebatir la hipótesis corpuscular de Einstein. Tras años de duro trabajo, Millikan anunció a la comunidad científica la validez de la teoría de Einstein del efecto fotoeléctrico. Sin dejar de ser una onda, la luz también se comportaba como compuesta de partículas. En 1913, Niels Bohr aplicó la hipótesis cuántica para proponer su modelo del átomo de hidrógeno. El átomo de Bohr explicaba varios resultados experimentales relativos a la enúsión y absorción de luz por la materia: los espectros atónúcos. La física atónúca se desarrolló a partir de ese momento sobre la base fundamental de la relación E = hv aplicada de diversas formas y en diversas circunstancias.

El proceso culnúnó en la década de los años veinte con la construcción de un cuerpo de doctrina completo y consistente: la mecánica cuántica. La mecánica cuántica es la teoría que se aplica a todos los fenómenos atónúcos y nucleares. Es uno de los pilares de la física contemporánea. Max Planck no tomó ya parte en la elaboración de la mecánica cuántica, que fue obra de físicos más jóvenes, como Heisenberg, Schrodinger, Dirac, Born, Jordan o Pauli. Pero todos reconocieron en él a su fundador, al hombre que había encontrado la primera pista en la comprensión profunda de la naturaleza atómica de la materia, en cierto sentido, el primer revolucionario. Planck recibió en 1918 el prenúo Nobel de Física por su descubrinúento. Max Planck era, a principios del siglo xx, uno de los físicos con mayor prestigio de Europa. Fueron notables sus contribuciones a la termodinámica, rama de la física que dominaba como nadie. Impulsó y contribuyó al desarrollo de la teoría de la relatividad. Y, como fruto colateral de su trabajo sobre el cuerpo negro, legó a la física dos constantes universales, además de las ya conocidas.

Con ellas construyó un sistema de unidades de masa, distancia, tiempo y temperatura, hoy conocido como escalas de Planck, independiente de cualquier convención humana. Muerto a la avanzada edad de ochenta y nueve años, fue testigo de privilegio del devenir de Alemania· desde su formación hasta su casi desintegración durante la Segunda Guerra Mundial. Nacido en 1858, creció en la Alemania del Segundo Imperio y se crió en un ambiente nacionalista y conservador. Vivió el esplendor industrial, científico y tecnológico de su país y llegó a ocupar puestos de responsabilidad tanto en la universidad (fue rector de la Universidad de Berlín) como en las diversas organizaciones científicas alemanas.

Durante la segunda mitad de su vida sufrió varias desgracias personales, especialmente la muerte, en circunstancias diferentes, de los dos hijos y las dos hijas que tuvo con su primera esposa. Aunque Planck se unió inicialmente a la ola de nacionalismo que invadió su país al comienzo de la Primera Guerra Mundial, sufrió personalmente las consecuencias de la guerra con la pérdida en el campo de batalla de uno de sus hijos. Ocupó una posición muy influyente en la política científica y en la ciencia alemana de entreguerras, una época difícil por la falta de recursos y la continua inestabilidad política y social. Finalmente, tuvo una relación convulsa y compleja con el régimen de Hitler. Al final de la Segunda Guerra Mundial perdió a otro de sus hijos varones, Erwin, ejecutado por los nazis.

Erwin fue acusado de participar en la conspiración organizada por un grupo de militares y civiles opositores, en julio de 1944, en la que el coronel Stauffenberg intentó matar a Hitler, la llan1ada Operación Valkiria. Toda la influencia que Planck podía tener fue insuficiente para salvar la vida de su hijo. Max Planck se preocupó también por los aspectos filosóficos de la ciencia. Mantuvo una intensa polémica con uno de los más prestigiosos filósofos de su tiempo, Emst Mach, sobre la natura leza de la investigación científica. En sus últimos años escribió varios ensayos sobre ciencia, filosofía y religión que tuvieron gran acogida entre el público no especializado. La física cuántica cambió nuestra concepción del mundo natural. También ha dado lugar a numerosas innovaciones tecnológicas que han conformado la civilización actual. Pero por cada descubrimiento que realizamos surgen decenas de nuevas preguntas. Max Planck sentía en su interior esa acuciante necesidad de comprensión del mundo y sus fenómenos que lleva a los hombres de ciencia a trabajar incansablemente. La búsqueda de la Verdad con mayúsculas, de lo Absoluto, fue una guía constante en su azarosa vida. El Ariane 5 despegó impulsado por cientos de toneladas de combustible, pero también por nuestras ideas y el deseo de conocer el mundo que habitamos.